什么是发光细菌？

什么是发光细菌？

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发光细菌（lnminescent bacteris.luminousbacteria），进行生物发光的细菌。多数为海生，与发光浮游生物同是引起海面发光的原因。此外，在空气中，死鱼及水产加工食品的表面于暗处也会发光，这种发光现象是海生菌第二次生长繁殖的结果。用加有3％NaCl，1％甘油的普通肉汁蛋白胨培养基可以培养。

发光细菌 lnminescent bacteris.luminousbacteria

　　进行生物发光的细菌。多数为海生，与发光浮游生物同是引起海面发光的原因。此外，在空气中，死鱼及水产加工食品的表面于暗处也会发光，这种发光现象是海生菌第二次生长繁殖的结果。用加有3％NaCl，1％甘油的普通肉汁蛋白胨培养基可以培养。发光菌形态虽多种多样，但生理特性却非常相似。一般对明胶不产生液化，分解蛋白质后不形成毒物，常寄生在各种动物体上引起“发光病”，即寄生发光。这些细菌通常经由寄主的卵传递给后代寄主。有些发光鱼类和乌贼是和发光细菌共生而利用了细菌的发光。明亮发光杆菌（Photobacterium phosphoreum）可在牛马的死尸和肉中繁殖；它侵入人体则会产生发光尿。这些细菌一般好低温，最适温度约为18℃，37℃以上则不发光。发光现象是酶促氧化反应，必需FM－NH2，O2长链饱和醛，虫荧光素酶等。一般认为FMNH2就是荧光素。发光细菌有一百几十种，除上述几种外，典型的还有鱼无色杆菌（Achromobac-ter fisheri）、磷光弧菌（Vibrio phosphoresce－ns）、发光杆菌（Bacillus photogenus）等。细菌发光的生物学意义与动物发光不同，还不十分清楚。根据具有可以抑制氯高铁血红素呼吸浓度的一氧化碳或氰化物，而不能抑制其氧化过程这点来看，可以把它看作是不参与细胞色素系统的呼吸形式称为发光呼吸。发光细菌发出青白色光，如鱼无色杆菌所发出的光，最大波长为490纳米。

　　目前国内常用的3种发光细菌为：明亮发光杆菌、费氏弧菌、青海弧菌。

　　其中以明亮发光杆菌在 GB/T15441-1995 水质 急性毒性的测定 发光细菌法中所使用；

　　费氏弧菌在欧盟的标准中所使用；青海弧菌是在青海湖的鱼体内提取的菌种，属淡水菌，在测试饮用水时有较大优势，并已申请冻干粉制作专利：ZL 97106203.X

　　该检测方法在5.12汶川地震灾区有了较大规模的应用，快速、便捷、综合评价等优点得到了充分发挥，受到了卫生、环保、疾控部门的重视，国家也将其列入应急监测项目。目前能够提供此类设备的公司有北京滨松光子技术股份有限公司（国产技术）、美国SDI公司、以色列checklight公司等，详细信息在其各自网站会有公布。

生物特性

　　发光菌形态虽多种多样，但生理特性却非常相似。一般对明胶不产生液化，分解蛋白质后不形成毒物，常寄生在各种动物体上引起“发光病”，即寄生发光。这些细菌通常经由寄主的卵传递给后代寄主。有些发光鱼类和乌贼是和发光细菌共生而利用了细菌的发光。

　　明亮发光杆菌（Photobacterium phosphoreum）可在牛马的死尸和肉中繁殖；它侵入人体则会产生发光尿。这些细菌一般好低温，最适温度约为18℃，37℃以上则不发光。发光现象是酶促氧化反应，必需FM－NH2，O2长链饱和醛，虫荧光素酶等。一般认为FMNH2就是荧光素。发光细菌有一百几十种，除上述几种外，典型的还有鱼无色杆菌（Achromobac-ter fisheri）、磷光弧菌（Vibrio phosphoresce－ns）、发光杆菌（Bacillus photogenus）等。细菌发光的生物学意义与动物发光不同，还不十分清楚。根据具有可以抑制氯高铁血红素呼吸浓度的一氧化碳或氰化物，而不能抑制其氧化过程这点来看，可以把它看作是不参与细胞色素系统的呼吸形式称为发光呼吸。发光细菌发出青白色光，如鱼无色杆菌所发出的光，最大波长为490纳米。

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发光细菌的发光机理

　　发光机理的研究表明，不同种类的发光细菌的发光机理是相同的，是由特异性的荧光酶(LE)、还原性的黄素(FMNH2)、八碳以上长链脂肪醛(RCHO)、氧分子(02)所参与的复杂反应，大致历程如下：

　　FM NH2+LE → FMNH2•LE+ O2 → LE·FM NH2·O2

　　+ RCH O →LE·FMNH2·O2·RCH0 → LE+ FM N +H2O+RCOOH+光

　　概括的说就是，细菌生物发光反应是由分子氧作用，胞内荧光酶催化，将还原态的黄素单核苷酸(FMNH2)及长链脂肪醛氧化为FMN 及长链脂肪酸，同时释放出最大发光强度在波长为450-490nm处的蓝绿光。其中三步反应产生三种中间产物，寿命极短，很难分离出来。

　　荧光素酶是生物体内催化荧光素或脂肪醛氧化发光的一类酶的总称，细菌荧光素酶是含α、β两个多肽亚基的单加氧酶，只有两个亚基共存时才有活性。从不同海洋细菌中提取到的细菌荧光素酶其分子量差别较小。王安平等分离纯化了东方弧菌的荧光酶并对其酶学性质进行了研究，分离得到了两个分子量分别为44 kD和41 kD的亚基，该酶反应的最佳温度在l8℃ ，超过25℃酶即迅速失活。

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发光细菌的应用

发光细菌在环境监测中的应用

　　发光细菌由于其独特的生理特性，在环境监测中被作为测定环境中毒物的指标。发光细菌在正常的生理条件下能发出波长在450～490nm 的蓝绿色可见光，在一定的试验条件下发光强度是恒定的。与外来受试物接触后，由于毒物具有抑制发光的作用，发光细菌的发光强度即有所改变，变化的程度与受试物的浓度在一定范围内呈相关关系，同时与该物质的毒性大小有关。外来受试物主要通过下面两个途径抑制细菌发光：① 直接抑制参与发光反应的酶类活性；②抑制细胞内与发光反应有关的代谢过程。凡能够干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的任何有毒物质都可以根据发光强度的变化来测定。利用发光细菌来检测有毒物质，由于有毒物质仅干扰发光细菌的发光系统，发光强度的变化可以用发光光度计测出，费时较少且灵敏度高，操作简便，结果准确，所以利用发光细菌的发光强度作为指标来监测有毒物质，在国内外越来越受到重视，在环境监测中的应用也越来越广泛。

　　近年来，利用发光细菌毒性试验检测环境污染物急性毒性备受重视，我国于1995年将这一方法列为环境毒性检测的标准方法(GB／T15441—1995)。相信这一技术会在我国的环保事业中发挥更大的作用。

　　利用发光细菌制作生物传感器，是人们研究的热点之一。发光细菌的发光强度与某些污染物的浓度呈较好的线性关系，能够稳定、灵敏、快速地反映环境中污染物的浓度变化，因此，利用发光细菌制备识别元件，成为国内外传感器研究和发展的热点。20世纪80年代初美国Beckman公司推出功能完备的生物毒性测试仪，它具有应用范围广，灵敏度高，相关性好，反应速度快等优点，发光细菌毒性测试(Luminescent bacteria toxicitytest，L．B．T．)技术在世界范围内迅速推广。细菌能够稳定、高效、持续发光是其被用做生物敏感材料来制备识别元件的基础，因此筛选优良的菌种是传感器制作的关键之一。海洋发光细菌是海洋环境中的正常微生物，从海洋环境中分离优良的发光细菌菌株是可行的。

下图是发光细菌的一个示例图，更多图片请参见：

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